(57)【要約】【課題】円筒状の基材の外周面を容易に且つ精度良く処理することができるプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】本発明のプラズマ処理装置は、真空容器５内に立設された円柱状のカソード電極７とこの外周面と内周面とが対向するように配置された円筒状の防着部材１４とを有している。電極７の外周部には処理対象物である円筒状の基材１１が配置される。基材１１の内径寸法は電極７の外径寸法と略同じに設定されており、基材１１の内周面と電極７の外周面とはほぼ密着する。真空容器５内にエッチングガスを導入し、電極７に高周波電力を供給すると電極７と防着部材１４との間にプラズマが形成される。これにより、マスクパターンに覆われていない基材１１の表面が垂直にエッチングされて基材１１自身の表面全体に凹凸パターンが均一に形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細な凹凸パターンが形成される被処理面を外周に有する円筒状基材をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、
a)真空容器と、
b)前記真空容器内に立設され、外周部に前記円筒状基材が配置される円柱状のカソード電極と、
c)前記カソード電極に高周波電力を供給する高周波電源と、
を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記カソード電極の外周面に対向して配置された、前記カソード電極と同心円状の円筒状のアノード電極を備えることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記アノード電極は防着部材を兼用することを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記基材はナノインプリント用のモールドであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
円筒状基材の外周面にプラズマエッチング処理により微細な凹凸パターンを形成することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマエッチング装置、プラズマCVD装置、プラズマクリーニング処理装置等のプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板や光メモリ、ホログラム、フォトニッククリスタル等の基材に対して微細なパターンを形成する技術としてナノインプリント技術が注目されている。ナノインプリントは、基材上に形成したいパターンと同じパターンの凹凸を有するモールドを、基材表面に形成されたレジスト薄膜に対して型押しすることで前記基材に所定のパターンを転写する技術である。従来のナノインプリントでは、シリコンや石英等の平板状の基板表面にエッチングによって凹凸パターンが形成されたモールドを用いて基材に対して所定のパターンを転写していた。
これに対して、パターンの転写処理の高効率化を図るために、円筒状のモールド（ローラ型モールド）を回転させることにより基材に対してパターンを転写する方法が提案されている（特許文献１、特許文献２参照）。特許文献１及び２が開示するモールドはいずれも、パターンを有する平板状の基板を湾曲させ、円筒状部材の外周面に貼り付けることにより形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2008-73902号公報
【特許文献１】特開2005-5284号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、円筒状部材に基板を貼り付けるものでは、基板を湾曲させたときに破損するおそれがある。また、湾曲時の破損を防止するためには、材料や厚み、曲げ方向などを考慮して基板にパターンを形成する必要がある。さらに、円筒状部材に貼り付けた基板の継ぎ目が凸状になると、転写時に継ぎ目によるパターン不良が発生する。
本発明が解決しようとする課題は、円筒状の基材の外周面を容易に且つ精度良く処理することができるプラズマ処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために成された本発明に係るプラズマ処理装置は、微細な凹凸パターンが形成される被処理面を外周に有する円筒状基材をプラズマ処理する装置であって、
a)真空容器と、
b)前記真空容器内に立設され、外周部に前記円筒状基材が配置される円柱状のカソード電極と、
c)前記カソード電極に高周波電力を供給する高周波電源と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のプラズマ処理装置では、円柱状のカソード電極に高周波電力が供給されるとカソード電極の周囲にプラズマが形成され、前記カソード電極の外周面にシースが形成される。従って、カソード電極の外周部に円筒状基材を配置することにより、当該円筒状基材の外周面の全体を直接、且つ同時にプラズマ処理することができる。このため、円筒状基材の外周面における周方向或いは軸方向の加工精度のバラツキを無くすことができる。特に、円筒状基材の外周面にプラズマエッチング処理により微細な凹凸パターンを形成する装置にあっては、板状の基材を湾曲させて円筒状部材に貼り付けたものと異なり、継ぎ目によるパターン不良が発生することがない。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施形態に係るプラズマエッチング処理装置の概略的な全体構成図。
【図２】電極の外観を示す斜視図。
【図３】電極の下面を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明をプラズマエッチング装置に適用した一実施形態について図面を参照して説明する。図１は本実施形態に係るプラズマエッチング処理装置の全体構成図である。このプラズマエッチング装置１は、蓋体３及び基体４からなる真空容器５を有している。蓋体３は上下方向に回動可能であり、蓋体３によって基体４の上部開口が塞がれたとき真空容器５内はほぼ密閉状態となる。
【０００９】
真空容器５内の下部には円板状の電極保持部６が配置されており、この電極保持部６に円柱状の電極(カソード電極)７が着脱可能に保持されている。前記電極７はマッチングボックス８、出力調整器９を介して高周波電源１０に接続されている。出力調整器９により高周波電力を調整することにより電極７の表面に生じるシースの厚み（高さ寸法）が調整される。
【００１０】
図２は電極保持部６に保持された状態の電極７を示す斜視図であり、図３は電極７の下部を下方から見た斜視図である。電極７は、アルミニウム等の金属製の中実な部材から成り、その下面にねじ穴７ａが形成されている。電極保持部６の上面には取付ねじ（図示せず）が設けられており、この取付ねじに前記ねじ穴７ａをねじ込むことにより電極７は電極保持部６に着脱可能に固定される。
電極保持部６に固定された電極７の外周部には、処理対象物である円筒状の基材１１が配置されるようになっている。電極７の外周部下部にはリング状部材１２が配置されており、円筒状の基材１１はリング状部材１２の上に載置された状態で電極７の外周部に配置される。電極７の外径寸法は基材１１の内径寸法とほぼ同じに設定されており、電極７の外周部に配置された基材１１は、その内周面の全体が電極７の外周面とほぼ接するようになっている。ここで、「ほぼ接する」とは、基材１１の内周面と電極７の外周面との間に僅かな空隙(厚さ1mm程度の空隙)が存在する状態も含むことを意味する。また、電極７は、該電極７の外周部に設置された基材１１の上端部が電極７の上端部よりもやや下方に位置するような高さ寸法を有している。これにより、基材１１は電極７の外周面のうち下端部及び上端部を除く中間部分に配置される。
【００１１】
また、真空容器５の内部であって電極７の外周部には、円筒状の防着部材１４が電極７と同心円状に配置されている。防着部材１４は真空容器５と電気的に接続されており、接地電位である。前記防着部材１４はアノード電極としても機能する。
【００１２】
一方、前記基体４には真空ポンプ（図示せず）に接続された排気管１８が設けられており、この真空ポンプの動作によって真空容器５の内部は真空排気される。また、基体４には真空容器５内にエッチングガスを導入するためのガス導入口２０が設けられている。ガス導入口２０には図示しないガス供給源からの配管２２が接続されている。配管２２には、ガスを真空容器５内の防着部材１４の上端部のマニホールド２４まで導く導入チューブ２６が接続されている。マニホールド２４まで導かれたガスは防着部材１４の上端から防着部材１４の内部空間に分散供給される。この後、防着部材１４の下端から防着部材１４と基体４との間の空間に流入し、排気管１８から排出される。従って、防着部材１４は真空容器５内に供給されたガスの整流板としても機能する。
【００１３】
次に、円筒状の基材１１にプラズマエッチングする場合の動作について説明する。
まず、電極７の外周にリング状部材１２を介して基材１１を配置した後、真空容器５内を例えば0.005〜1Ｐａに減圧する。真空容器５内の圧力がこの範囲よりも高いと基材１１に対してエッチャントが垂直方向に侵入せず、パターン不良が生じる傾向があり、上記範囲よりも低いと、プラズマを維持しにくい傾向がある。真空容器５内の圧力を上記範囲に設定することにより、基材１１に対して垂直方向に精密にエッチングすることができ、数十ｎｍ程度の微細なサイズの凹凸パターンであっても良好に形成することができる。
【００１４】
続いて、真空容器５内にエッチングガスを導入すると共に電極７に高周波電圧を印加する。これにより、電極７と防着部材１４との間の空間にプラズマが形成される。この場合、基材１１の内周面と電極７の外周面との間に１mmよりも大きい空隙が存在する場合は、プラズマ形状にムラが生じる可能性があるが、本実施例では、基材１１の内周面と電極７の外周面とがほぼ接しているため、均一なプラズマが形成される。エッチングガスは基材１１の種類に応じた適宜のガスが選択される。例えば基材１１が石英であるときはCHF3などのフッ素系のガスや、水素とフッ素の混合ガス等を用いることができる。なお、ナノインプリントでは凹凸パターンが非常に微細であるので、プラズマ発生時に固体（樹脂）を生じる傾向のあるガスは、形成された凹凸パターンを埋めてしまうことがある。従って、プラズマ発生時に固体（樹脂）を生じない、水素とフッ素の混合ガスのようなガス種を用いることが好ましい。
【００１５】
プラズマが形成されると電極７の表面にはシース領域が形成される。シース領域では、イオン密度が電子密度よりも大きく、プラズマ中のプラスイオンは加速されて基材１１表面に垂直に（法線方向から）到達して基材１１と反応する。これによって、マスクパターンに覆われていない基材１１の表面が垂直にエッチングされて基材１１自身の表面全体に凹凸パターンが均一に形成される。このとき、電極７の外周部のうち安定したシース領域が形成される中間部分に基材１１を配置したため、基材１１に形成される凹凸パターンを良好なものにすることができる。
なお、シース領域の厚さ（高さ）はプラズマ発生条件（印加電圧、ガス圧、電極間距離など）に依存する。本実施の形態では、シース領域の厚みが基材１１の厚さよりも大きくなるようにプラズマ発生条件を調整する。
次に、具体的な実施例について説明する。
【実施例１】
【００１６】
実施例１では、サムコ株式会社製のプラズマ処理装置（ＲＩＥ−１０Ｎ）を用いた。このプラズマ処理装置の処理室５内にはアルミニウム製の円柱形状の電極７（直径20ｃｍ、高さ20ｃｍ）が垂直に設置されている。電極７にはマッチングボックス８を介して１３．５６ＭＨｚの高周波電源１０、および、高周波出力を調節するための調整器９が接続されている。真空容器５内にガスを導入するためのガス導入口２０は基体４の側面に設けられている。ガスとしてCHF3（流量10ｓｃｃｍ）を用いた。円筒形状の基材１１としては石英製の基材（外径２１ｃｍ、内径20.1ｃｍ、高さ20ｃｍ）を用いた。円筒形状の基材１１表面にはフォトレジスト製のマスクパターンが長軸に沿ってスリット状に多数形成されている（マスクパターンの厚さ0.15μm、スリットの幅20nm）。
【００１７】
上記基材１１を電極７の外周部に配置し、真空容器５内の圧力を0.3Ｐａに減圧して、ガスを導入し、電極７に高周波電力（１３．５６ＭＨｚ）を印加してプラズマを発生させた。このときシースは基材１１の周囲を取り囲むように基材１１表面から17ｍｍの範囲で均一に発生した。
プラズマ処理が終了した後、真空容器５内から基材１１を取り出し、基材１１表面に残ったマスクパターンを洗浄して取除いた。そして、基材１１表面に形成されたスリット状の凹凸の形状を測定したところ、深さが1.2μｍ、幅が20nmの凹凸が基材１１外周面全体に均一に形成されていた。
【実施例２】
【００１８】
次に、凹凸パターンを形成した後の円筒形状の基材（以下、「モールド」という）を用いて、アクリル系の光硬化性樹脂に凹凸パターンを転写しつつ、筒状のモールドの内部から光（紫外光）を照射して固化する実験を行った。この結果、モールドの凹凸パターンを精度よく転写することができた。
つぎに、モールドの凹凸パターンに微量の樹脂残渣が残ったので、実施例１で示したプラズマ処理装置を用いて樹脂残渣を除去する実験を行った。転写実験後のモールドを電極７の外周部に配置し、真空容器５内の圧力を0.3Ｐａに減圧した後、クリーニングガスとしてアルゴンと酸素の混合ガスを導入した。その後、電極７に高周波電力（１３．５６ＭＨｚ）を印加してプラズマを発生させたところ、凹凸パターンに残存する樹脂残渣を全て除去することができた。
【００１９】
尚、本発明は上記した実施の形態、実施例に限定されるものではなく例えば次のような変更が可能である。
上記した実施の形態では、電極の上下端部を除く中間部分の外周に円筒状の基材を配置することで、基材の表面のプラズマを均一に形成させるようにしたが、例えば、電極と基材を一緒に、もしくは、基材のみを長軸方向に回転させることにより、プラズマを均一にするようにしても良い。
【００２０】
また、ナノインプリント用のモールドは凹凸パターンが微細なため、樹脂等の被転写材に凹凸パターンを転写した後、モールドの凹凸パターンに樹脂の残渣が付着することがある。本発明のプラズマ処理装置は、このようなモールドから樹脂の残渣を除去するためのクリーニング処理装置として用いることもできる。すなわち、パターン転写後後のモールドを円筒状の電極の外周に配置し、酸素、或は、酸素とアルゴンなどの不活性ガスの混合ガス、或は、酸素と窒素などの希釈ガス、もしくは、酸素ガスとフロンなどF元素を含むガスとの混合ガスを真空容器内に導入する。そして、高周波電力を電極に印加することにより、基材に対してプラズマ処理が行われ樹脂の残渣が除去される。
【符号の説明】
【００２１】
１…プラズマエッチング装置
５…真空容器
７…電極(カソード電極）
１０…高周波電源
１１…基材
１４…防着部材(アノード電極）
１６…上部電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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